Les rayons X sont une forme de rayonnement électromagnétique à haute énergie dont les longueurs d’onde sont plus courtes que la lumière ultraviolette. Lorsque les rayons X interagissent avec la matière, ils peuvent détacher les électrons de leurs atomes, un processus appelé ionisation. La dynamique de ce processus se produit sur des échelles de temps incroyablement courtes, mesurées en femtosecondes (un quadrillionième de seconde).
Pour capturer ces dynamiques ultrarapides, les chercheurs ont utilisé une technique appelée spectroscopie de photoémission résolue en temps. Cette technique combine un laser à rayons X avec une impulsion laser ultracourte pour exciter les électrons et sonder leur réponse simultanément. Le laser à rayons X fournit une impulsion de rayons X à haute énergie pour induire une ionisation, tandis que l'impulsion laser ultracourte agit comme une lumière stroboscopique, permettant aux chercheurs de prendre des instantanés de la dynamique des électrons à différents moments.
Grâce à cette approche, l'équipe dirigée par des scientifiques de l'Institut Max Planck pour la structure et la dynamique de la matière à Hambourg, en Allemagne, a réussi à capturer la dynamique d'ionisation des atomes de krypton en temps réel. Les expériences ont révélé une image détaillée de la manière dont les électrons s’échappent de leurs atomes parents, fournissant ainsi des informations précieuses sur les mécanismes sous-jacents et les échelles de temps impliquées.
Les résultats ont montré que le processus d’ionisation se déroule par étapes, les électrons occupant initialement des états intermédiaires avant de passer à des niveaux d’énergie plus élevés ou de s’échapper complètement de l’atome. Le timing de ces étapes pourrait être résolu avec une précision sans précédent, permettant ainsi une compréhension plus approfondie des interactions fondamentales au niveau atomique.
L'étude a également dévoilé le rôle de la corrélation électronique dans le processus d'ionisation. La corrélation électronique fait référence aux interactions et corrélations entre différents électrons au sein d’un atome. En analysant les délais entre les étapes d’ionisation, les chercheurs ont mis en évidence de forts effets de corrélation qui influencent la dynamique de l’émission électronique.
La recherche fournit des informations essentielles sur les interactions fondamentales entre les rayons X et la matière, ouvrant ainsi de nouvelles voies pour explorer et contrôler ces interactions. Cela pourrait avoir des implications dans divers domaines, notamment les techniques d’imagerie à rayons X, telles que les lasers à électrons libres à rayons X, où la dynamique ultrarapide de l’ionisation joue un rôle crucial dans la formation des images.
Comprendre cette dynamique peut également contribuer au développement de nouveaux matériaux dotés de propriétés électroniques sur mesure et de performances améliorées pour des applications dans les domaines de l'électronique, du stockage d'énergie et de la catalyse. En exploitant la puissance de la spectroscopie de photoémission résolue dans le temps, les scientifiques peuvent percer les secrets de la dynamique électronique ultrarapide, ouvrant ainsi la voie à des progrès dans diverses frontières scientifiques et technologiques.
